让氢枢取得成功-使氢枢纽成功(翻译).docx

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1、Ju1y2023让氢枢取得成功JosephMajkut,JaneNakano,MathiasZacarias导言在低碳的世界中，低排放氢将用作能量我体，当最终用途太难或太昂贵而不能通电时。因此，氢在脱碳的未来的模型化场景中起着关键作用。值得注意的是，国际能源机构（IEA）Net-zeroSCenario呼吁到2050年，来自低碳源的氢占全球氢能消耗的10瓦这种大规模预计消费意味着，支持一个工业生产、加工和使用低碳氢是包括美国在内的许多国家所需反应的一部分。美国国会在基础设施投资和就业法案（IIJA）中授权建立区域清洁氢枢纽（H2枢纽），以应对这一新生工业面临的多重挑战。在美国，目前低排放氢的生

2、产很少，用户很少，它们之间几乎没有联系。为了解决这些挑战，立法要求每个H2Hub建立“清洁氢生产商、潜在清洁氢消费者和位于近处的连接基础设施网络”，以展示清洁氢的生产、加工、储存、运输和使用。根据立法，如果每生产一公斤氢气，排放不到两公斤二辄化破（C02）,氢气就被认为是清洁的。这种低排放氢的生产是H2Hubs计划的关键要求，它也需要证明从不同来源生产清洁氢，包括化石燃料原料、可再生能源和核能。H2Hub还需要演示氢在发电、工业、加热和运输中的应用。立法还要求H2Hubs成为中心所在区域的经济增长和投资的发动机。除了技术演示的正式要求外，国会的唯一其他指示是，美国能源部（DOE）“应优先考虑区

3、域清洁战略与国际研究中心氢枢纽，有可能为该区域最大数量的居民创造技术培训和长期就业的机会。”在Gq1q2023年6月关于该计划的公告中，能源部（DOE）强调了该计划的经济目标如何成为基础设施投资和JDID就业法（IIJA）和拜登总统的议程的一部分，包括“提高美国在世界的竞争力，创造好就业机会，并确保服务不足的社区能够更好地获得这些经济恩惠”.H2Hubs项目为新兴行业提供了80亿美元的投资，该行业既能帮助美国减少温室气体排放，也能在全球能源行业中引领越来越多的领域，在国内创造就业和经济利益。由于社区、州和财团竞争H2Hubs赠款，他们可以为技术和经济成功设计中心。能源部（DOE）可以借鉴建立能

4、源创新中心的现有经验，建立大规模创新生态系统。2023年春，战略与国际研究中心（CS1S）能源安全和气候变化方案主办了几次讲习班，探讨区域经济发展和创新政策的最佳做法如何有助于为H2Hub的设计和管理提供信息。该项目还考虑了全球如何利用枢纽模型来促进清洁氢生产的投资，并为其创造市场需求。本报告是之前和之后的讲习班和研究的产物。全球概览各国正在规划实现温室气体净零排放的途径，这些排放依赖清洁的氢气，导致全世界投资兴趣增加。潜在生产商将清洁氢出口视为经济机遇。潜在的消费者看到了脱碳和能源安全的好处。然而，在全球范围内，兴趣才开始转化为投资。国际能源机构（IEA）的全球氢评估追踪了计划中的清洁氢项目

5、截至202T年11月，正在开发的联合项目将在2030年前生产低碳氢的T7百万吨（Mt）,8来自于电解，9来自于碳捕获的化石燃料。国际能源机构（IEA）估计，在2050年净零的情况下，全球需求将达到8000万吨。迄今为止，决多数政策支持都集中在等式的供应方面。诱使需求的措施很难实施。然而，没有足够的需求，对于氢气的缩放生产工艺将不会创造通向商业化或可靠供应的合理路径。作为拜登总统气候议程的部分而提议的税收奖励措施之一是清洁氢生产税收抵免，这表明这种政策今后可能在美国实施。俄罗斯入侵乌克演能创造了二个早期的低排放氢市场。欧洲联盟的RePowerE1f计划目标是从低碳来源消耗2,000万吨（Mt）氢

6、气,欧洲联盟内部生产了0,000万吨（Mt）,进口了0,000万吨（Mt）。如此强大的市场吸引力可能会给以欧洲为出口市场为目标的国家的新项目带来巨大影响。满足H2Hub要求根据基础设施投资和就业法（IIJA）的授权措辞，H2枢纽必须满足不同氢枢纽的区域多样性、原料多样性和最终用途多样性的要求。本节回顾这些要求，并表明对H2Hubs的早期响应表明，该方案应该能够满足基础设施投资和就业法（IIJA）的技术示范要求。区域多样性为满足区域多样性，能源部必须支持不同区域的至少四个中心。能源部（DoE）要求提供信息的答复表明，有九个区域集群（PaCihC西北部、加利福尼亚、西南部、美国中部、海湾沿岸、大湖

7、区、新英格兰、阿巴拉契亚和阿拉斯加和夏威夷）。更细粒度的独立研究已经识别出至少13个具有现有氢生产、消费或基础设施的区域集群，其中多个集群存在于广泛的地理区域内（例如，路易斯安那州巴吞鲁日以及得克萨斯州休斯顿附近的区域都位于墨西哥湾海岸）。在2023年6月的意向通知中，能源部（能源部）指出，它可能针对6T0个枢纽的提议，通过概念第一阶段推进到规划。对新闻稿、贸易新闻报道和其他资源的调查表明，截至2023年6月，在全国各地（在各级概念发展阶段）建立了22个候选中心。HgUre为能源部（DOE）留下了大量的选择，以便以后选择或巩固，仍然满足地理多样性的要求。什么定义一个区域？中心模型的目的是加逋和

8、支持清洁氢价值链不同部分的公司的协丽犷并将它们与研究、发展和劳动力能力联系起来。H2Hubs并非只关注地理区域或州，而是可以更好地了解它们计划在公司、设施和基础设施、大芋和学院等现有机构以乌民间社会行为体之间建立的联系。平种网络办法将更好地使区域行为者能够自我组1织，补充更为正式的协调努力。对于自dehnition的灵活性将允许多个H2Hub,或者至少它们内的节点，在相同的地理区域中工作，并且向H2Hub的组合增加规模和多样性，而不必强迫合并。例如，墨西哥湾海岸一一跨越德克萨斯州、路易斯安那州、密西西比州和阿拉巴马州一一拥有现有的基础设施、化工行业氢的消费者，以及H2Hub的潜在参与者。刊以在

9、这个广阔的地理区域创建多个枢纽，而不会占用当地资源。同样，具有零净目标或高当前氢消耗水平的状态的市场机会可以通过跨越状态的连接基础设施被多个H2Hub获得。根据能源部(能源部)氢项目要求信息#DE-FOA-0002664的响应进行调整食物种类从早期的宣布，H2Hub提议将包括从化石燃料原料和由可再生能源供电的电解产生的氢。几个新兴中心也将核动力电解作为其概念的一部分。两者长期可行性的关键指标将是以清洁电力规模电解生产氢的成本以及矿物燃料原料制造的氢的排放强度，包括上游排放。美国目前每年生产大约百万吨(Mt)氢气，其中大约95%是通过大型中央工厂的天然气重整(也称为蒸汽-甲烷重整或SMR)生产的

10、。其中一些工厂使用碳捕获来降低氢生产的排放强度，但尚未有设施生产排放强度等于或低于基础设施投资和就业法设定的基准的氢。技术评估表明，有可能在生产设施从排放强度等于或低于2公斤二氧化碳当量的化石燃料原料生产氢气。根据Pembina和全球碳捕获和储存(CCS)研究所的研究，在高C02捕获率下，SMR或自热重整产生的氢将满足排放强度目标。然而，以高效率和合理成本捕获二氧化碳将需要创新。化石氢的一个关键挑战将是与天然气生产和分配相关的排放。即使在高捕获率下，碳捕获和储存(CCS)在考虑到CCS工艺流程之外的逃逸甲烷排放、其他上游排放和碳排放后，对于生产清洁氢气可能也无效，特别是在对甲烷泄漏率和高全球升

11、温潜能值最不利的假设下，管理上游排放不是H2Hubs计划的正式要求，但它已被能源部(DoE)确定为优先事项，并将成为为脱碳目的销售氢的关键指标。矿物燃料原料产生的氢的主要替代物是通过电解产生的氢。在当前的碳强度水平下，与电网供电的电解相关的排放将超过清洁氢标准。当电解完全由可再生能源或核能提供动力时，这种担忧将被消除。成本是另一个挑战。由于电解槽的价格，电解是一个昂贵的过程但从长远来看，预计电解成本的下降将有助于扩大这一途径，并使绿色氢的价格更具竞争力。核能是另一种以电解为基础的替代能源。作为规模恒定的清洁电和热热源，核能可通过高温电解用于氢气生产，从而导致更高的效率和降低每单位氢气的电耗。结

12、束使用多样性美国的氢消费目前主要集中在精炼部门的用户(57%)、氨和甲醇的生产(38%)和金属处理(2%)。H2Hubs计划旨在通过确保HUbS将氢的使用转向以下至少一个部门：发电、住宅和商业供暧、重工业或运输，从而增加最终用途的多样性。 发电-随着间歇式可再生能源所占份额的增加，清洁氢将能够满足日益增长的可调度和低碳电力需求，这要归功于比其它用于放电持续时间超过两天的储存技术更低的储存水平.氢可以用在燃料电池中作为柴油发电机的清洁替代品或与天然气混合.美国正在开展的项目目前寻求在发电厂中燃烧氨气和天然气的燃料混合物，但最终目标是完全依靠氢气运行。 住宅和商业供暖住宅和商业部门的供暖和冷却占美

13、国温室气体排放量的13%。虽然它仍处于早期开发阶段，但是高达20%的氢的加热燃料混合物可以与现有的基础设施和设备一起使用。同时，由于需要更换管道、配件和设备，将建筑物完全转换为100例燃料加焦可能成本高昂，并对后勤构成挑战. 工业-目前，氢消耗主要由炼油、化学生产(例如甲醇和氨)以及钢铁生产。炼油提供了清洁氢的可扩展需求的直接来源，这将降低炼油厂的排放强度。在化学部门，氨和甲醇将推动氢的需求，因为这些氢基fie1s越来越被寻求清洁用途和应用，包括潜在的出口。氢气也是需要高温的炼钢和其他制造工艺的少数低排放选项之一。运输-燃料电池将是运输部门难以通过电气化脱碳的重要资源。氢燃料电池电动车辆(FC

14、EVS)将更适合满足现有的需求，即中型和重型卡车和车辆需要更长的驾驶范圉、重型负载和更快的加油时间，叉车代表了早期市场的成功。氢在运输中的进一步应用包括长途铁路和货运：诸如渡船、游轮和河船等海运客轮：以及替代航空燃料.H2Hubs方案要求最终用途多样化，但最终目标是支持发展全面、成熟的市场。从单一终端使用转向具有多个参与者的区域市场，将受到与H2Hub同时运行或在H2Hub内运行的灵活机构的集中影响。建设清洁氢市场的工具尽管其承诺，清洁氢没有建立供求通过透明价格满足的市场。随着氢枢纽的形成和支持清洁氢的生产和使用，建立清洁氢市场对美国工业的可持续性至关重要。如果没有不断增长的市场，各中心建立的

15、区域专门知识和基础设施在联邦支持耗尽后几乎没有发展或维持的空间。如果没有足够的收购协议和商业需求，可能很难大规模吸引私人资本到枢纽。枢纽、东道区域和能源部(DOE)将需要找到创造性的方法来建设市场。随着世界各地对建立可持续氢市场的兴趣F1增，出现了一些可能指导规划和执行最佳做法的工具。这些工具利用中心作为财政和后勤协调中心，并与国家决策者合作，促进一个适应性政策框架。联邦采购处政府采购的规模足以产生对清洁氢供应的初步需求，并表明对发展清洁氢经济的政治承诺。这一政策工具的可行性取决于联邦行政部门的权威和长期承诺，这有助于使需求可预测，从而促进清洁氢市场的迅速发展。在2023年12月签署的行政命令

16、(EO)14057中，拜登政府承认联邦政府是国家“最大的土地所有者、能源消费者和雇主”，应该“以身作则，利用规模和采购力量推动清洁、健康和有复原力的行动”。五个行政当局对这些目标的持续承诺对市场形成至关重要。联邦标准设置可以类似地用于鼓励清洁氢在否则难以通电并因此难以脱碳的部门的应用。作为最终用途产品或其零部件的购买者，任何联邦政府机构都可以在生产中使用清洁氢气。例如，联邦政府可能要求用于建造联邦建筑物的钢材和其他材料达到严格的排放门槛，而这种门槛基本上只能通过使用清洁氢的钢材生产方法才能满足。炼铁生产钢铁是高度碳密集型的，使钢铁行业成为当今排放碳最多的工业活动之一。联邦机构指示其承包商使用绿色钢铁(例如，由氢能直接还原铁制成)，可以启动对清洁氢的需求。事实上，根据14057号行政命令，使用碳排放量低的建筑材料是联邦采购的目标领域。交换所或交换所在交易所一